JP5019727B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents
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Description
この発明は、乗用車用や貨物車用等の高強度化を図った車輪用軸受装置に関する。
車輪用軸受装置において、ハブの車輪取付用フランジの付け根部などは、車両の急旋回時に応力が大きくなる。そのため、破損対策として疲れ強さを向上させるために、上記フランジの付け根部などに、高周波熱処理を施す方法（例えば特許文献１）や、ショットピーニングを行う方法がある（例えば特許文献２）。また、疲労強度を上げるために、部品全体を調質し、硬度を高める方法も提案されている（例えば特許文献３）。
図１６は、従来の第３世代型の車輪用軸受装置におけるハブの一般的な製造方法の例を示す。同図（Ａ）に示すバー材Ｗ０を所定寸法に切断して、１個のハブの素材となるビレットＷ１を得る（同図（Ｂ））。ビレットＷ１は、熱間鍛造の工程として、複数の工程（鍛造１パス、鍛造２パス、鍛造３パス）を経て、次第にハブの形状に近づけ、最終鍛造工程でハブのおおまかな形状となる鍛造仕上がり品Ｗ４を得る（同図（Ｃ）〜（Ｅ））。
鍛造仕上がり品Ｗ４は、スケール落としのためのショットブラストを行い、必要に応じて焼準または調質を行い（同図（Ｆ））、その後、旋削（同図（Ｇ））、および軌道面等の高周波熱処理（同図（Ｈ））を行う。必要なものは、フランジ面等の二次旋削を行う（同図（Ｉ））。この後、研削を行ってハブ１４を仕上げ、車輪用軸受装置として組み立てる。
特開２００４−１８２１２７号公報
特開２００５−１４５３１３号公報
特開２００５−００３０６１号公報
従来の疲れ強さ向上のための高周波熱処理は、処理を施す部分の部品形状によっては採用できない場合がある。例えば、車輪取付用フランジの付け根部の側面には、ブレーキやホイールを案内するパイロット部が突出していて、フランジとパイロット部間の隅の曲率半径が小さかったり、またパイロット部が切欠を介して円周方向に分散した爪状となっている場合等がある。このような形状の場合、高周波加熱によって部品の一部が局部的に高温になり過ぎて溶け落ちるなどの問題が生じるため、高周波熱処理が行えない。
また、高周波熱処理やショットピーニングなどでは、工程が増えたり、熱ひずみ等によってフランジの振れ精度劣化を生じることがある。
部品全体を調質して硬度アップをする方法の場合は、工程が増える上に、硬度アップにより全体の加工性（例えば、被削性や、加締め加工などの冷間加工性）が低下し、ハブボルトの食い込み性低下によるスリップトルクの低下等が生じることがある。
部品全体を調質して硬度アップをする方法の場合は、工程が増える上に、硬度アップにより全体の加工性（例えば、被削性や、加締め加工などの冷間加工性）が低下し、ハブボルトの食い込み性低下によるスリップトルクの低下等が生じることがある。
図１６に示した従来方法では、ハブ１４の全体の疲れ強さの向上のために、焼準または調質を行うが、これら焼準または調質の工程の増加のために、生産に手間が掛かるうえ、鍛造が完了して冷却された後に再度の加熱を行うことになるため、消費エネルギも多くなる。焼準や調質を省く場合もあるが、これらを省くと、組織の結晶粒が大きくて、強度、靱性が低下し、疲れ強さの弱いものとなる。
また、近年、燃費の向上、環境への負荷の低減のために、車輪用軸受装置においても、小型、軽量化が強く望まれており、疲れ強さ、寿命を維持しながら、小型、軽量化を図ることが必要となる。
この発明の目的は、高応力や繰り返し応力に対して、車輪取付用フランジの強度や疲れ強さを向上させることができ、かつ工程増による生産性の低下が抑えられる車輪用軸受装置を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、制動部品を取付ける部分の耐摩耗性の向上が図れ、かつ工程増による生産性の低下が抑えられる車輪用軸受装置を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、制動部品を取付ける部分の耐摩耗性の向上が図れ、かつ工程増による生産性の低下が抑えられる車輪用軸受装置を提供することである。
この発明の車輪用軸受装置は、複列の転動体を介して互いに回転自在な内方部材および外方部材を有し、これら内方部材または外方部材の全体または一部を構成する部品に、車輪取付用フランジを有する車輪用軸受装置において、前記車輪取付用フランジを有する部品が鋼材の熱間鍛造品であり、この部品は、母材部分がフェライト・パーライト組織である標準組織であって、車輪取付用フランジの根元部の表面と少なくとも車輪取付用フランジの車輪取付面とに非標準組織を有し、前記非標準組織が、微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの２種類以上の混合組織であることを特徴とする。前記微細フェライト・パーライト組織はフェライト・パーライト組織の焼準によって得られる組織である。
前記非標準組織は、例えば、熱間鍛造の工程中または工程の最後に冷却して自己復熱させるかまたは復熱保持焼戻しをすることで得られた組織である。
具体的には、前記微細フェライト・パーライト組織は、前記熱間鍛造工程の最後に、前記部品に冷媒を浴びせることで部分的に冷却することにより得られる。または、熱間鍛造工程が複数段階の鍛造工程からなる場合に、最終段階の鍛造工程の前に冷却を行い、その後に最終段階の鍛造工程を行うことで得られる。前記焼戻マルテンサイト組織は、熱間鍛造工程の最後に、前記部品を部分的に、マルテンサイト・スタート・ポイント以下まで冷却し、その後、復熱焼戻しを行うことで得られる。前記上部ベイナイト組織および下部ベイナイト組織は、熱間鍛造工程の最後に、所定の冷却速度に制御し、室温程度まで冷却することで得られる。下部ベイナイト組織は、上部ベイナイト組織の場合よりも冷却速度を遅くすることで得られる。
具体的には、前記微細フェライト・パーライト組織は、前記熱間鍛造工程の最後に、前記部品に冷媒を浴びせることで部分的に冷却することにより得られる。または、熱間鍛造工程が複数段階の鍛造工程からなる場合に、最終段階の鍛造工程の前に冷却を行い、その後に最終段階の鍛造工程を行うことで得られる。前記焼戻マルテンサイト組織は、熱間鍛造工程の最後に、前記部品を部分的に、マルテンサイト・スタート・ポイント以下まで冷却し、その後、復熱焼戻しを行うことで得られる。前記上部ベイナイト組織および下部ベイナイト組織は、熱間鍛造工程の最後に、所定の冷却速度に制御し、室温程度まで冷却することで得られる。下部ベイナイト組織は、上部ベイナイト組織の場合よりも冷却速度を遅くすることで得られる。
この構成の車輪用軸受装置によると、次の作用が得られる。上記微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの２種類以上の混合組織等の非標準組織の部分は、標準組織からなる母材部分に比べて組織が微細であり、また硬度が同等以上のものとなる。このような組織微細化や硬度アップにより、非標準組織の部分の疲れ強さが向上し、通常の標準組織のみからなる車輪取付用フランジに比べて、高い応力振幅に耐え、つまり高強度化され、長寿命化できる。そのため、通常の標準組織の車輪用軸受装置に比べて、小型化、および軽量化が図れる。したがって、車輪用軸受装置の製品製作の投入重量が削減されて、コストの削減が図れ、安価に提供することが可能となる。
また、車輪取付用フランジの車輪取付面には、通常、ブレーキディスクが重ねて取付けられるが、車輪取付用フランジの組織微細化や硬度アップにより、ブレーキディスクとのフレッティングによりフランジ面が摩耗して面精度が悪化することが抑えられる。そのため、ブレーキの使用感の悪化、例えばシャダーやキックバック等も抑えられる。
また、車輪取付用フランジの車輪取付面には、通常、ブレーキディスクが重ねて取付けられるが、車輪取付用フランジの組織微細化や硬度アップにより、ブレーキディスクとのフレッティングによりフランジ面が摩耗して面精度が悪化することが抑えられる。そのため、ブレーキの使用感の悪化、例えばシャダーやキックバック等も抑えられる。
前記非標準組織の部分は、熱間鍛造の工程中または工程の最後に冷却することで得られるため、簡易な処理の追加で済み、工程増による生産性の低下が抑えられる。また、熱間鍛造の熱を利用するため、組織の改質のための処理に用いるエネルギが削減できる。
前記非標準組織とする部分は、車輪取付用フランジを有する部品の全体の表面としても良いが、車輪取付用フランジの一部または全体という必要箇所のみとすると、被削性などの加工性の低下が最小限に抑えられる。
前記非標準組織とする部分は、車輪取付用フランジを有する部品の全体の表面としても良いが、車輪取付用フランジの一部または全体という必要箇所のみとすると、被削性などの加工性の低下が最小限に抑えられる。
前記車輪取付用フランジの根元部も、前記非標準組織の部分である。ここで言う根元部は、車輪取付用フランジの側面だけでなく、車輪取付用フランジの付近の部分を含む意味である。
自動車の旋回時等には、車輪取付用フランジに大きな振幅の撓みが繰り返し生じ、このフランジの根元部には高応力が繰り返し発生する。このような繰り返し発生する高応力に対して、車輪取付用フランジの根元部が前記の非標準組織であると、組織微細化や硬度アップによって強度や疲れ強さが向上し、車輪取付用フランジの根元部に亀裂が発生することが抑制される。つまり、亀裂発生→車輪取付用フランジの変位増加→車両の振動増加→車輪用軸受装置の損傷、という作用が抑えられ、長寿命化される。
自動車の旋回時等には、車輪取付用フランジに大きな振幅の撓みが繰り返し生じ、このフランジの根元部には高応力が繰り返し発生する。このような繰り返し発生する高応力に対して、車輪取付用フランジの根元部が前記の非標準組織であると、組織微細化や硬度アップによって強度や疲れ強さが向上し、車輪取付用フランジの根元部に亀裂が発生することが抑制される。つまり、亀裂発生→車輪取付用フランジの変位増加→車両の振動増加→車輪用軸受装置の損傷、という作用が抑えられ、長寿命化される。
前記車輪取付用フランジの根元部の表面と車輪取付用フランジの車輪取付面とに非標準組織を有し、かつ前記車輪取付用フランジの車輪取付面と反対側の側面も、前記非標準組織の部分であっても良い。車輪取付用フランジの車輪取付面と反対側の側面の場合、根元部は必ずしも非標準組織の部分としなくても良い。この場合も、繰り返し発生する高応力に対して、強度や疲れ強さが向上する。
前記車輪取付用フランジの根元部の表面と車輪取付用フランジの車輪取付面とに非標準組織を有し、かつ車輪取付用フランジの両側面または全面が前記非標準組織の部分であっても良い。
この発明における車輪用軸受装置は、車輪取付用フランジを有するものであれば良く、各種の形式のものに適用できる。例えば、前記内方部材が、ハブと、このハブの軸部の外周に嵌合した内輪とでなり、前記車輪取付用フランジを有する部品が前記ハブである車輪用軸受装置にも適用することができる。この場合のハブは、例えば複列軸受からなる軸受の完成品とは独立した部品のハブであっても良い。
この発明の前記各構成の車輪用軸受装置において、非標準組織の部分、および標準組織の部分の硬さは、適宜設定すれば良いが、例えば、非標準組織の硬さを２０〜４０ＨＲＣとし、母材部分の硬さを１３〜２５ＨＲＣとしても良い。
非標準組織の部分の硬さの下限は、硬度アップによる疲れ強さ向上のために、母材硬さの中央程度の値となる２０ＨＲＣ以上、できれば２５ＨＲＣ以上とすることが好ましい。非標準組織の部分の硬さの上限は、被削性確保のために４０ＨＲＣ以下であることが好ましい。
使用材料は炭素鋼（Ｃ量０．４〜０．８％）の場合であるが、Ｓ５３Ｃの場合、標準部分の硬さは、１３〜２５ＨＲＣとなる。加締等の冷間加工を行う場合や、ハブボルトを圧入する部分等を考慮すると、最大で２５ＨＲＣとすることが好ましい。
非標準組織の部分の硬さの下限は、硬度アップによる疲れ強さ向上のために、母材硬さの中央程度の値となる２０ＨＲＣ以上、できれば２５ＨＲＣ以上とすることが好ましい。非標準組織の部分の硬さの上限は、被削性確保のために４０ＨＲＣ以下であることが好ましい。
使用材料は炭素鋼（Ｃ量０．４〜０．８％）の場合であるが、Ｓ５３Ｃの場合、標準部分の硬さは、１３〜２５ＨＲＣとなる。加締等の冷間加工を行う場合や、ハブボルトを圧入する部分等を考慮すると、最大で２５ＨＲＣとすることが好ましい。
この発明の車輪用軸受装置は、車輪取付用フランジを有する部品が鋼材の熱間鍛造品であり、この部品は、母材部分がフェライト・パーライト組織である標準組織であって、車輪取付用フランジの根元部の表面と少なくとも車輪取付用フランジの車輪取付面とに非標準組織を有し、前記非標準組織を、微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの２種類以上の混合組織とし、または前記非標準組織が、熱間鍛造の工程中または工程の最後に冷却して自己復熱させるかまたは復熱保持焼戻しをすることで得られた組織としたため、高応力や繰り返し応力に対して、前記非標準組織の組織微細化や硬度アップにより、車輪取付用フランジの強度や疲れ強さを向上させることができ、かつ工程増による生産性の低下を抑えることができる。
また、車輪取付用フランジの組織微細化や硬度アップにより、ブレーキディスクとのフレッティングによりフランジ面が摩耗して面精度が悪化することが抑えられる。そのため、ブレーキの使用感の悪化、例えばシャダーやキックバック等も抑えられる。
また、車輪取付用フランジの組織微細化や硬度アップにより、ブレーキディスクとのフレッティングによりフランジ面が摩耗して面精度が悪化することが抑えられる。そのため、ブレーキの使用感の悪化、例えばシャダーやキックバック等も抑えられる。
この発明の基礎となる第１の提案例を図１ないし図５と共に説明する。図１は車輪用軸受装置の一例を示しており、この例は第３世代型の駆動輪支持用に適用するものである。この車輪用軸受装置は、複列の転動体３を介して互いに回転自在な内方部材１および外方部材２を有し、転動体３は各列毎に保持器４により保持されている。ここで言う複列とは、２列以上のことを言い、３列以上であっても良いが、図示の例では２列とされている。内方部材１および外方部材２は、それぞれ複列の軌道面６，７および軌道面８，９を有している。この車輪用軸受装置は、複列アンギュラ玉軸受型とされていて、転動体３はボールからなり、軌道面６，７は、接触角が外向きとなるように形成されている。内方部材１と外方部材２との間の軸受空間の両端は、シール１０，１１により密封されている。
外方部材２は、全体が一体の一つの部品からなり、幅方向の任意の位置に車体取付用フランジ１２が設けられている。外方部材２の車体取付用フランジ１２よりもインボード側の外径面部分は、車体の懸架装置となるナックル（図示せず）が嵌合する面となる。なお、この明細書で、車体に取付けた状態で車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車幅方向の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。車体取付用フランジ１２の円周方向の複数箇所には、ボルト挿通孔またはねじ孔からなる車体取付孔１３が設けられている。
内方部材１は、ハブ１４と、このハブ１４の軸部１４ａのインボード側端の外周に嵌合した内輪１５との２つの部品で構成される。これらハブ１４および内輪１５に、内方部材１側の上記各軌道面６，７がそれぞれ形成されている。ハブ１４の軸部１４ａの外周におけるインボード側端には、段差を持って小径となる内輪嵌合面１６が設けられ、この内輪嵌合面１６に内輪１５が嵌合している。ハブ１４の中心部には、等速ジョイントの外輪のステム部（図示せず）を挿通させる貫通孔２１が設けられている。
ハブ１４は、軸部１４ａのアウトボード側端の外周に車輪取付用フランジ１７を有しており、この車輪取付用フランジ１７の円周方向複数箇所に設けられた各ボルト圧入孔１８に、ハブボルト１９が圧入状態に取付けられている。
ハブ１４の車輪取付用フランジ１７の根元部からは、ハブ１４と同心の円環状のパイロット部２０が突出している。パイロット部２０は、車輪取付用フランジ１７のアウトボード側の側面に重ねて取付けられるブレーキディスクを案内する部分となるブレーキパイロット２０ａと、このブレーキパイロット２０ａよりもアウトボード側に突出するホイールパイロット２０ｂとからなる。なお、パイロット部２０は、円周方向複数箇所に切欠が設けられて複数個に分割されたものであっても良い。
ハブ１４の車輪取付用フランジ１７の根元部からは、ハブ１４と同心の円環状のパイロット部２０が突出している。パイロット部２０は、車輪取付用フランジ１７のアウトボード側の側面に重ねて取付けられるブレーキディスクを案内する部分となるブレーキパイロット２０ａと、このブレーキパイロット２０ａよりもアウトボード側に突出するホイールパイロット２０ｂとからなる。なお、パイロット部２０は、円周方向複数箇所に切欠が設けられて複数個に分割されたものであっても良い。
なお、従動輪用の車輪用軸受装置では、図７に示すように、ハブ１４は図１の例における貫通孔２１を有しないものとされる。また、図７の例の従動輪用の車輪用軸受装置では、内輪１５は、ハブ１４の軸部１４ａのインボード側端を外径側へ加締めた加締部１４ｂによって、ハブ１４に対して軸方向に固定されている。
図１，図２，図７において、内方部材１を構成する部品であるハブ１４、内輪１５、および外方部材２は、いずれも鋼材の熱間鍛造品であり、このうち、ハブ１４の車輪取付用フランジ１７の根元部における表面が、非標準組織部分３０とされている。ハブ１４の母材部分は標準組織である。非標準組織部分３０の非標準組織は、熱間鍛造工程の途中または最後に、冷媒を浴びせることで、ハブ１４を局部的に冷却することなどで得た組織であり、例えば、微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの２種類以上の混合組織とされる。
図３は、ハブ１４の製造工程のうち、熱間鍛造工程を示し、図４はハブ１４の熱間鍛造後の製造工程を示す。なお、図３，図４は、図７に示した従動輪用の車輪用軸受装置を例として示しているが、図１の駆動輪用の車輪用軸受装置においても、従動輪用の場合と同様である。
図３（Ａ）に示すように、ハブ１４の１個分の素材となるビレットＷ１が、バー材（図示せず）を定寸に切断することで準備される。このビレットＷ１は、熱間鍛造の工程として、複数の工程、ここでは鍛造１パス、鍛造２パス、鍛造３パスを経て、次第にハブの形状に近づけ、最終鍛造工程（鍛造３パス）で、ハブ１４のおおまかな形状となる鍛造仕上がり品Ｗ４を得る（同図（Ｂ）〜（Ｄ））。
図３（Ａ）に示すように、ハブ１４の１個分の素材となるビレットＷ１が、バー材（図示せず）を定寸に切断することで準備される。このビレットＷ１は、熱間鍛造の工程として、複数の工程、ここでは鍛造１パス、鍛造２パス、鍛造３パスを経て、次第にハブの形状に近づけ、最終鍛造工程（鍛造３パス）で、ハブ１４のおおまかな形状となる鍛造仕上がり品Ｗ４を得る（同図（Ｂ）〜（Ｄ））。
鍛造仕上がり品Ｗ４は、図４（Ａ）のように旋削され、軌道面６および内輪嵌合面１６が高周波熱処理される（同図（Ｂ））。この後、軌道面６などの研削が行われる（同図（Ｄ））。必要なものは、研削の前に車輪取付用フランジ１７の表面等の二次旋削が行われる（同図（Ｃ））。軌道面の研削の完了したハブ１４は、車輪用軸受装置に組み立てられる（同図（Ｅ））。
ハブ１４の前記非標準組織の部分３０は、図３（Ｄ）に示すように、鍛造工程の終了時に、改質対象箇所に冷媒を部分的に吹き付けることにより改質され、または図３（Ｃ）のように最終鍛造工程（鍛造３パス）の前の鍛造工程（鍛造２パス）の終了後に、改質対象箇所に冷媒を部分的に吹き付けることにより改質される。
冷媒は、液体、そのミストや気体、例えば、油、または低温エアー等が用いられる。また、冷媒には、用途に応じて、潤滑剤、メディア、防錆剤などを混入し、素材の潤滑・離型効果、金型の摩耗防止、冷却効果、鍛造後のショットブラスト等によるスケール落としの省略、防錆効果等を得るようにしても良い。
冷媒の吹き付け時は、全周に均一に冷却が行われるように、ハブ１４となる素材Ｗ３，Ｗ４を、その軸心回りに回転させながら、冷媒を吹き付けても良い。また、素材Ｗ３，Ｗ４は回転させずに、冷媒吹付け装置（図示せず）を回転させても良い。
冷媒の吹き付けは、噴出し孔を多数開けたリング状の冷却ジャケット（図示せず）を使用しても良いし、またハブ１４となる素材Ｗ３，Ｗ４を回転させるのであれば、１箇所のノズルから吹き付けるものであっても良い。
冷媒の吹き付けは、噴出し孔を多数開けたリング状の冷却ジャケット（図示せず）を使用しても良いし、またハブ１４となる素材Ｗ３，Ｗ４を回転させるのであれば、１箇所のノズルから吹き付けるものであっても良い。
冷却時にハブ１４となる素材Ｗ３，Ｗ４を回転させる場合は、縦軸，横軸のどちらでも良い。また、冷媒の噴出し方向も、回転縦軸のときに上向き，下向きのいずれとしても良く、回転横軸のときに横向きの他、いずれの方向としても良い。なお、図７の例のようなハブ１４のパイロット部２０の内径が貫通していない内径部分を冷却する場合は、冷媒が溜まらないように、上向きに噴出するのが良い。
冷却時のハブ１４となる素材Ｗ３，Ｗ４の保持方法は、冷却部が均一に冷却されるのを阻害しなければ良く、軸部１４ａの保持、車輪取付用フランジ１７の外径部の保持、パイロット部２０の外径部の保持としても良い。ハブ１４が、駆動輪用のように中心に貫通孔２１を有するものである場合は、この貫通孔２１をガイドとしてセンタリング保持するようにしても良い。
冷却により、非標準組織部分３０の組織を、前記微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの２種類以上の混合組織にするかは、図５と共に示すように、冷却方法によって選択することができる。
図５において、横軸は時間の経過を、縦軸は温度を示す。図中のＡ3 は、Ａ3 変態点となる温度、Ａ1 はＡ1 変態点となる温度である。Ｍs はマルテンサイト・スタート・ポイント（以下「Ｍs 点」と称す）であり、Ｍf はマルテンサイト・フィニッシュ・ポイント（以下「Ｍf 点」と称す）である。
素材となる鋼材は、例えばＳ５３Ｃ等のＣ量が０．４〜０．８％の炭素鋼である。
図５において、横軸は時間の経過を、縦軸は温度を示す。図中のＡ3 は、Ａ3 変態点となる温度、Ａ1 はＡ1 変態点となる温度である。Ｍs はマルテンサイト・スタート・ポイント（以下「Ｍs 点」と称す）であり、Ｍf はマルテンサイト・フィニッシュ・ポイント（以下「Ｍf 点」と称す）である。
素材となる鋼材は、例えばＳ５３Ｃ等のＣ量が０．４〜０．８％の炭素鋼である。
図５において、曲線(0) に示すように、部品を鍛造温度Ｔ１（Ａ3 変態点よりも高い）から単に空冷すると、従来の鍛造による組織である標準組織、すなわちフェライト・パーライト組織となる。
曲線(1) は、非標準組織として微細フェライト・パーライト組織を得る場合の冷却曲線である。熱間鍛造工程の最後、つまり熱間鍛造を終えて冷却されるまでの間に、図３（Ｄ）のように冷媒を浴びせることで改質対象の部品（素材）を部分的に冷却し、冷却時間を制限して、冷却後に自己復熱させることにより、前記非標準組織として微細フェライト・パーライト組織が得られる。微細フェライト・パーライト組織は、焼準によって得られる組織、つまり焼準組織である。
曲線(2) は、非標準組織として微細フェライト・パーライト組織を得る場合の別の冷却曲線を示す。この場合、図３のように熱間鍛造工程が複数段階の鍛造工程からなるときに、最終段階の鍛造工程（図３（Ｄ））の前（図３（Ｃ））に、部品（素材Ｗ３）の一部または全体の冷却を行い、その後に最終段階の鍛造工程（図３（Ｄ））を行う。最終鍛造工程は、前記冷却の後の自己復熱の途中などで行われる。これにより、冷却後に鍛造工程の一つが加わることで、動的な歪みが与えられ、微細フェライト・パーライト組織が得られる。
曲線(3) ，(4) は、それぞれ非標準組織として、調質組織である焼戻マルテンサイト組織を得る場合の冷却曲線を示す。熱間鍛造工程の最後に部品を部分的にＭs 点以下でＭf 点以上の範囲まで冷却し、その後、所定温度範囲内で復熱焼戻しを行うことで、非標準組織として調質組織、すなわち焼戻マルテンサイト組織が得られる。復熱焼戻しの温度を約５００〜６００℃程度とすると、組織はソルバイトとなる。復熱焼戻しの温度を約３５０〜４００℃程度とすると、組織はトルースタイトとなる。
曲線(5) ，(6) は、それぞれ非標準組織として上部ベイナイトおよび下部ベイナイトを得る場合の冷却曲線を示す。熱間鍛造工程の最後に、制御冷却として、焼入れの冷却速度（マルテンサイトが生成する冷却速度）よりややゆっくり冷却することで、組織は上部ベイナイトとなる。この冷却速度よりもさらにゆっくりとした冷却速度の焼入れを行うと、組織は下部ベイナイトとなる。
なお、図５では各種の冷却方法を述べたが、図１の例における車輪取付用フランジ１７の根元部等のように局部的に非標準組織の部分３０を設ける場合は、図５の各曲線(1) 〜(6) で示す冷却方法のうち、曲線(1) 〜(4) に示す方法が好ましい。部品の全体の表面を非標準組織の部分３０とする場合は、冷却曲線(5) , (6) に示す方法であってもよい。
この構成の車輪用軸受装置によると、次の作用効果が得られる。車輪取付用フランジ１７の根元部の表面部分３０を非標準組織とし、その非標準組織を、微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの２種類以上の混合組織としたため、車輪取付用フランジ１７の根元部の強度が向上し、長寿命化が得られる。すなわち、自動車の旋回時等には、車輪取付用フランジ１７に大きな振幅の撓みが繰り返し生じ、このフランジ１７の根元部には高応力が繰り返し発生する。このような繰り返し発生する高応力に対して、車輪取付用フランジ１７の根元部の表面部分３０が前記の非標準組織であると、標準組織からなる母材部分に比べて組織が微細であり、また硬度が同等以上のものとなり、これらの組織微細化や硬度アップによって疲れ強さが向上する。そのため、通常の標準組織のみからなる車輪取付用フランジに比べて、高強度化されて、高い応力振幅に耐え、車輪取付用フランジ１７の根元部に亀裂が発生することが抑制され、長寿命化できる。つまり、亀裂発生→車輪取付用フランジ１７の変位増加→車両の振動増加→車輪用軸受装置の損傷、という作用が抑えられ、長寿命化される。
そのため、通常の標準組織の車輪用軸受装置に比べて、小型化、および軽量化が図れ、したがって、車輪用軸受装置の製品製作の投入重量が削減されて、コストの削減が図れ、安価に提供することが可能となる。
前記非標準組織の部分３０は、熱間鍛造の工程中または工程の最後に冷却することで得られるため、簡易な処理の追加で済み、工程増による生産性の低下が抑えられる。例えば焼準や調質を行う場合に比べて、工程が簡略化できる。また、熱間鍛造の熱を利用するため、組織の改質のための処理に用いるエネルギが削減できる。高周波熱処理と異なり、車輪取付用フランジ１７とパイロット部２０との隅の曲率半径が小さな箇所であっても、過熱による溶け落ち等の問題を生じることなく、改質の処理が行える。
前記非標準組織とする部分３０は、車輪取付用フランジ１７の一部であるため、被削性などの加工性の低下が最小限に抑えられる。
前記非標準組織とする部分３０は、車輪取付用フランジ１７の一部であるため、被削性などの加工性の低下が最小限に抑えられる。
図６は、この発明の一実施形態を示す。この実施形態は、図１ないし図５と共に説明した第１の提案例において、非標準組織とする部分３０を増やしたものである。この実施形態では、ハブ１４の車輪取付用フランジ１７の両側面の全体と、この車輪取付用フランジ１７のアウトボード側の側面からその根元部におけるブレーキパイロット２０ａの外周面に渡る範囲を、非標準組織の部分３０としている。
また、外方部材２における車体取付用フランジ１２の車体取付側の側面とは反対側の側面であるアウトボード側の側面の全体と、車体取付用フランジ１２よりもアウトボード側における外方部材２の外径面の全体とに渡る範囲を、非標準組織の部分３０としている。さらに、車体取付用フランジ１２の車体取付側の側面であるインボード側の側面における根元部の表面を、非標準組織の部分３０としている。
また、外方部材２における車体取付用フランジ１２の車体取付側の側面とは反対側の側面であるアウトボード側の側面の全体と、車体取付用フランジ１２よりもアウトボード側における外方部材２の外径面の全体とに渡る範囲を、非標準組織の部分３０としている。さらに、車体取付用フランジ１２の車体取付側の側面であるインボード側の側面における根元部の表面を、非標準組織の部分３０としている。
これらの非標準組織の部分３０は、ハブ１４の場合と同様に、熱間鍛造工程の途中または最後に部分的に冷媒を浴びせて冷却することで、前記非標準組織を得た部分である。非標準組織は、第１の提案例で挙げた各例と同じである。その他の構成は第１の提案例と同じである。
この構成の場合、車輪取付用フランジ１７の両側面の全体を非標準組織の部分３０としたため、車輪取付用フランジ１７の全体が高強度化され、より一層長寿命化される。また、車輪取付用フランジ１７の車輪取付面となるアウトボード側の側面には、ブレーキディスク（図示せず）が重ねて取付けられるが、車輪取付用フランジ１７の表面の組織微細化や硬度アップにより、ブレーキディスクとのフレッティングによりフランジ面が摩耗して面精度が悪化することが抑えられる。そのため、ブレーキの使用感の悪化、例えばシャダーやキックバック等も抑えられる。
外方部材２の車体取付用フランジ１２においても、自動車の旋回時等には大きな振幅の撓みが繰り返し生じ、このフランジ１２の根元部には高応力が繰り返し発生する。しかし、この実施形態では、車体取付用フランジ１２の根元部やアウトボード側の側面の全体に非標準組織の部分３０を設けているため、その組織微細化や硬度アップにより、非標準組織の部分３０の強度や疲れ強さが向上し、高い応力振幅に耐え、長寿命化できる。そのため、車輪用軸受装置のより一層の小型，軽量化が図れ、製品製作の投入重量が削減されて、コストの削減が図れる。
なお、この実施形態において、各部の非標準組織の部分３０は、いずれか一つ、または任意の組み合わせとなる複数の部分３０を選択的に設けても良い。
なお、この実施形態において、各部の非標準組織の部分３０は、いずれか一つ、または任意の組み合わせとなる複数の部分３０を選択的に設けても良い。
図７（Ａ）は他の実施形態に係り、従動輪支持用としたものである。この実施形態では、前述したように、ハブ１４が、図１の提案例における貫通孔２１を有しないものとされる。また、内輪１５は、ハブ１４の軸部１４ａのインボード側端を外径側へ加締めた加締部１４ｂによって、ハブ１４に対して軸方向に固定されている。
図７の実施形態において、非標準組織の部分３０は、同図（Ｂ）の提案例に示すように、車輪取付用フランジ１７の根元部の表面だけとしても良い。また、同図（Ａ）のように、図６の例と同じく、車輪取付用フランジ１７の両側の側面の全面や、外方部材２における図６の例と同様の各部に非標準組織となる部分３０を設けても良い。
非標準組織の部分３０を設けたことによる効果は、図１の例と同じである。また、図７の例のような加締部１４ｂを有する車輪用軸受装置の場合、ハブ１４の熱間鍛造工程の途中または最後に、冷媒を浴びせることでハブ１４の一部を冷却して非標準組織の部分３０を得るようにすると、加締部１４ｂが硬化されず、加締作業の障害とならない。
図７の実施形態において、非標準組織の部分３０は、同図（Ｂ）の提案例に示すように、車輪取付用フランジ１７の根元部の表面だけとしても良い。また、同図（Ａ）のように、図６の例と同じく、車輪取付用フランジ１７の両側の側面の全面や、外方部材２における図６の例と同様の各部に非標準組織となる部分３０を設けても良い。
非標準組織の部分３０を設けたことによる効果は、図１の例と同じである。また、図７の例のような加締部１４ｂを有する車輪用軸受装置の場合、ハブ１４の熱間鍛造工程の途中または最後に、冷媒を浴びせることでハブ１４の一部を冷却して非標準組織の部分３０を得るようにすると、加締部１４ｂが硬化されず、加締作業の障害とならない。
図８ないし図１５は、それぞれこの発明の他の実施形態または提案例を示す。各図において、（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ非標準組織の部分３０を設ける箇所が異なる例を示し、いずれも（Ａ）は実施形態を、（Ｂ）は提案例を示す。これらの各実施形態または提案例においても、非標準組織の部分３０を設けることで、その組織微細化や硬度アップにより、強度や疲れ強さが向上し、長寿命化できる、あるいは硬度アップによりフレッティング摩耗等が軽減されるという効果が得られる。
なお、これらの各実施形態または提案例において、特に説明した事項の他は、図１ないし図５と共に説明した第１の提案例と同じである。また、これらの各実施形態または提案例において、非標準組織とした部分３０が複数箇所にある場合、各部の非標準組織の部分３０は、いずれか一つ、または任意の組み合わせとなる複数の部分３０を選択的に設けても良い。
なお、これらの各実施形態または提案例において、特に説明した事項の他は、図１ないし図５と共に説明した第１の提案例と同じである。また、これらの各実施形態または提案例において、非標準組織とした部分３０が複数箇所にある場合、各部の非標準組織の部分３０は、いずれか一つ、または任意の組み合わせとなる複数の部分３０を選択的に設けても良い。
図８の車輪用軸受装置は、駆動輪支持用の円すいころ軸受型のものであって、内方部材１が、ハブ１４と、このハブ１４の軸部１４ａの外周に嵌合した複列の内輪１５とからなる。内輪１５は各列毎に設けられている。外方部材２は、一つの１体の部品からなる。
同図（Ｂ）は、ハブ１４の車輪取付用フランジ１７の根元部を非標準組織の部分３０とした例である。同図（Ａ）は、図６の例と同じく、車輪取付用フランジ１７の両側面、外方部材２における車体取付用フランジ１２の反車体取付側の側面であるアウトボード側の側面から外径面に渡る部分、および車体取付用フランジ１２のインボード側の側面における根元部に、非標準組織の部分３０が設けてある。
同図（Ｂ）は、ハブ１４の車輪取付用フランジ１７の根元部を非標準組織の部分３０とした例である。同図（Ａ）は、図６の例と同じく、車輪取付用フランジ１７の両側面、外方部材２における車体取付用フランジ１２の反車体取付側の側面であるアウトボード側の側面から外径面に渡る部分、および車体取付用フランジ１２のインボード側の側面における根元部に、非標準組織の部分３０が設けてある。
図９は、図８の例の車輪用軸受装置を従動輪支持用としたものであり、ハブ１４は中央の貫通孔２１を有しないものとされている。また、内輪１５は、ハブ１４の加締部１４ｂによってハブ１４に固定されている。その他の構成は、図８の例と同じである。
図１０の車輪用軸受装置は、駆動輪支持用のアンギュラ玉軸受型のものであって、内方部材１が、ハブ１４と、このハブ１４の軸部１４ａの外周に嵌合した複列の内輪１５とからなる。内輪１５は各列毎に設けられていて、インボード側の内輪１５の方が、アウトボード側の内輪１５よりも、厚さおよび軸方向寸法が大きいものでも良い。また、内輪１５は、ハブ１４に設けられた加締部１４ｂでハブ１４に軸方向に固定されている。外方部材２は、一つの一体の部品からなり、外径面は全体に渡って円筒状面とされ、図１の例における車体取付用フランジ１２は有していない。
同図（Ｂ）は、ハブ１４の車輪取付用フランジ１７の根元部を非標準組織の部分３０とした例である。同図（Ａ）は、車輪取付用フランジ１７の両側面と、外方部材２における外径面を、非標準組織の部分３０としている。
同図（Ａ）のように、外方部材２における外径面を、非標準組織の部分３０とした場合は、外方部材２を固定するナックル（図示せず）と外方部材２との嵌合面におけるフレッティング摩耗が、外径面の非標準組織の部分３０の硬度が高いことによって抑えられる。
同図（Ｂ）は、ハブ１４の車輪取付用フランジ１７の根元部を非標準組織の部分３０とした例である。同図（Ａ）は、車輪取付用フランジ１７の両側面と、外方部材２における外径面を、非標準組織の部分３０としている。
同図（Ａ）のように、外方部材２における外径面を、非標準組織の部分３０とした場合は、外方部材２を固定するナックル（図示せず）と外方部材２との嵌合面におけるフレッティング摩耗が、外径面の非標準組織の部分３０の硬度が高いことによって抑えられる。
図１１は、図１０の例の車輪用軸受装置を従動輪支持用としたものであり、ハブ１４は中央の貫通孔２１を有しないものとされている。その他の構成は図８の例と同じである。
図１２の車輪用軸受装置は、図１０の車輪用軸受装置と同じく、内方部材１が、ハブ１４と、このハブ１４の軸部１４ａの外周に嵌合した複列の内輪１５とからなる。外方部材２は一つの一体の部品からなるものであって、車体取付用フランジ１２を有しないものとされている。この例では、２個の内輪１５は同じ大きさとされ、内輪１５のハブ１４に対する軸方向の固定は、加締によらずに、ハブ１４に結合される等速ジョイント（図示せず）で行われる。非標準組織とする部分３０は、図１０の例と同じである。
図１３の車輪用軸受装置は、第２世代型の内輪回転タイプのものであり、外方部材２が車体取付用フランジ１２を有するものとされ、内方部材１は、複列の内輪１５と、この内輪１５を軸部の外周に嵌合させるハブ（図示せず）とでなる。ハブは、図１２の例と同様に車輪取付用フランジを有するものである。
同図（Ａ）の例では、外方部材２の車体取付用フランジ１２の両側面から外径面に渡って非標準組織の部分３０が設けられている。
同図（Ｂ）の例では、車体取付用フランジ１２の根元部に非標準組織の部分３０が設けられている。
なお、内輪１５を嵌合させるハブ（図示せず）は、図１２等の例と同じく、車輪取付用フランジ１７の根元部、または両側面に非標準組織の部分３０を設けても良い。
同図（Ａ）の例では、外方部材２の車体取付用フランジ１２の両側面から外径面に渡って非標準組織の部分３０が設けられている。
同図（Ｂ）の例では、車体取付用フランジ１２の根元部に非標準組織の部分３０が設けられている。
なお、内輪１５を嵌合させるハブ（図示せず）は、図１２等の例と同じく、車輪取付用フランジ１７の根元部、または両側面に非標準組織の部分３０を設けても良い。
図１４の車輪用軸受装置は、第４世代型のものであり、内方部材１が、ハブ１４と、等速ジョイント３１の一方の継手部材である継手外輪３２とで構成され、ハブ１４および継手外輪３２に各列の軌道面６，７が形成されている。外方部材２は一つの部品からなり、車体取付用フランジ１２を有している。
同図（Ｂ）は、ハブ１４の車輪取付用フランジ１７の根元部を非標準組織の部分３０とした例である。同図（Ａ）は、車輪取付用フランジ１７の両側面と、外方部材２における車体取付用フランジ１２の両側面から外径面に渡って非標準組織の部分３０とした例である。
同図（Ｂ）は、ハブ１４の車輪取付用フランジ１７の根元部を非標準組織の部分３０とした例である。同図（Ａ）は、車輪取付用フランジ１７の両側面と、外方部材２における車体取付用フランジ１２の両側面から外径面に渡って非標準組織の部分３０とした例である。
図１５の車輪用軸受装置は、第２世代型の外輪回転タイプのものであり、内方部材１は複列の内輪１５からなる。外方部材２は、車輪取付用フランジ１７およびパイロット部２０を有している。
同図（Ｂ）は、外方部材２の車輪取付用フランジ１７の根元部を非標準組織の部分３０とした例である。同図（Ａ）は、車輪取付用フランジ１７の両側面と、外方部材２における外径面を、非標準組織の部分３０とした例である。
同図（Ｂ）は、外方部材２の車輪取付用フランジ１７の根元部を非標準組織の部分３０とした例である。同図（Ａ）は、車輪取付用フランジ１７の両側面と、外方部材２における外径面を、非標準組織の部分３０とした例である。
なお、前記各実施形態および各提案例は、いずれも内方部材１または外方部材２を構成する部品の表面に部分的に非標準組織の部分３０を設けるようにしたが、これら内方部材１または外方部材２を構成する部品、例えばハブ１４や、外方部材２等の表面の全体を非標準組織の部分３０としても良い。
なお、前記各実施形態および各提案例で、熱間鍛造工程の最後を冷却することで得られるとしたものは通常の熱間鍛造品を加熱したものを冷却しても良い。
１…内方部材
２…外方部材（部品）
３…転動体
６〜９…軌道面
１２…車体取付用フランジ
１４…ハブ（部品）
１４ａ…軸部
１４ｂ…加締部
１５…内輪（部品）
１７…車輪取付用フランジ
２０…パイロット部
３０…非標準組織となる部分
３１…等速ジョイント
３２…継手外輪（部品）
２…外方部材（部品）
３…転動体
６〜９…軌道面
１２…車体取付用フランジ
１４…ハブ（部品）
１４ａ…軸部
１４ｂ…加締部
１５…内輪（部品）
１７…車輪取付用フランジ
２０…パイロット部
３０…非標準組織となる部分
３１…等速ジョイント
３２…継手外輪（部品）
Claims (6)
- 複列の転動体を介して互いに回転自在な内方部材および外方部材を有し、これら内方部材または外方部材の全体または一部を構成する部品に、車輪取付用フランジを有する車輪用軸受装置において、前記車輪取付用フランジを有する部品が鋼材の熱間鍛造品であり、この部品は、母材部分がフェライト・パーライト組織である標準組織であって、車輪取付用フランジの根元部の表面と少なくとも車輪取付用フランジの車輪取付面とに非標準組織を有し、前記非標準組織が、微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの２種類以上の混合組織であり、前記微細フェライト・パーライト組織はフェライト・パーライト組織の焼準によって得られる組織であることを特徴とする車輪用軸受装置。
- 複列の転動体を介して互いに回転自在な内方部材および外方部材を有し、これら内方部材または外方部材の全体または一部を構成する部品に、車輪取付用フランジを有する車輪用軸受装置において、前記車輪取付用フランジを有する部品が鋼材の熱間鍛造品であり、この部品は、母材部分がフェライト・パーライト組織である標準組織であって、車輪取付用フランジの根元部の表面と少なくとも車輪取付用フランジの車輪取付面とに非標準組織を有し、前記非標準組織が、熱間鍛造の工程中または工程の最後に冷却して自己復熱させるかまたは復熱保持焼戻しをすることで得られた組織であって、微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの２種類以上の混合組織であり、前記微細フェライト・パーライト組織はフェライト・パーライト組織の焼準によって得られる組織である車輪用軸受装置。
- 請求項１または請求項２において、前記車輪取付用フランジの根元部の表面と車輪取付用フランジの車輪取付面とに非標準組織を有し、かつ前記車輪取付用フランジの車輪取付面の反対側の側面が前記非標準組織の部分である車輪用軸受装置。
- 請求項１または請求項２において、前記車輪取付用フランジの根元部の表面と車輪取付用フランジの車輪取付面とに非標準組織を有し、かつ前記車輪取付用フランジの両側面または全面が前記非標準組織の部分である車輪用軸受装置。
- 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記内方部材が、ハブと、このハブの軸部の外周に嵌合した内輪とでなり、前記車輪取付用フランジを有する部品が前記ハブである車輪用軸受装置。
- 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記非標準組織の部分の硬さが２０〜４０ＨＲＣであり、母材部分の硬さが１３〜２５ＨＲＣである車輪用軸受装置。
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